文档介绍：模拟电子技术第三章二极管及其基本电路
3. 二极管及其基本电路
半导体的基本知识
PN结的形成及特性
二极管
二极管的基本电路及其分析方法
特殊二极管
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
1、什么是半导体?什么是本征半导体?
导体--铁、铝、铜等金属元素等低价元素,其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动,形成电流。
绝缘体--惰性气体、橡胶等,其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强,只有在外电场强到一定程度时才可能导电。
半导体--硅(Si)、锗(Ge),均为四价元素,它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
半导体的基本知识——一、本征半导体
半导体的导电机理不同于其它物质,所以它具有不同于其它物质的特点(导电能力的可控性)。
例如:
当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力
明显改变。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质
稳定的结构
半导体的基本知识——一、本征半导体
2、本征半导体的结构
Ge
Si
通过一定的工艺过程,可以将半导体制成晶体。
现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子(价电子)都是四个。
半导体的基本知识——一、本征半导体
在硅和锗晶体中,原子按四角形系统组成晶体点阵,每个原子都处在正四面体的中心,而四个其它原子位于四面体的顶点,每个原子与其相临的原子之间形成共价键,共用一对价电子。
硅和锗的晶体结构:
2、本征半导体的结构
半导体的基本知识——一、本征半导体
硅和锗的共价键结构
共价键共
用电子对
+4
+4
+4
+4
+4表示除去价电子后的原子
2、本征半导体的结构
半导体的基本知识——一、本征半导体
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中,称为束缚电子,常温下只有少量束缚电子能脱离共价键成为自由电子,因此本征半导体中的自由电子很少,所以本征半导体的导电能力很弱。
形成共价键后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳定结构。
共价键有很强的结合力,使原子规则排列,形成晶体。
+4
+4
+4
+4
2、本征半导体的结构
半导体的基本知识——一、本征半导体
2、本征半导体的结构
由于热运动,具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子—本征激发
自由电子的产生使共价键中留有一个空位置,称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失,称为复合。
共价键
一定温度下,自由电子与空穴对的浓度一定;温度升高,热运动加剧,挣脱共价键的电子增多,自由电子与空穴对的浓度加大。
动态平衡
半导体的基本知识——一、本征半导体
两种载流子
外加电场时,带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电,且运动方向相反。由于载流子数目很少,故导电性很差。
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。
温度升高,热运动加剧,载流子浓度增大,导电性增强。热力学温度0K时不导电。
半导体的基本知识——一、本征半导体